键盘技术

电脑键盘可以按照其按键开关所使用的技术分类。大部分电脑键盘有80到110粒按键开关,其分段感/段落感、键程(输入字元所需的按键距离)因技术而异。

IBM制造的第一款家用机械键盘

种类

薄膜键盘(英語:Membrane Keyboard

薄膜键盘横截面。此圖夸大了下三层厚度

薄膜键盘常由三层组成。顶层薄膜由框架支撑,底部涂有导电材料;底层有断开的导电材料,按下顶层薄膜使两层接触时,电路接通。

最基本的平板薄膜键盘常见于微波炉复印机等需防水防尘的电器。此类键盘没有分段感,多以按键音或按键灯提示代替。Sinclair ZX80、ZX81、Atari 400等早期个人电脑也採用这类键盘。

后来的薄膜键盘通过修改顶层薄膜的结构和机制,提高了键程和分段感。这些键盘使用一个带柄的吸盘按下顶层薄膜。

拱形開關
拱形开关式键盘,用手指按下圆拱即接通电路

火山口式導套

改良式導套

剪刀腳开关(英語:Scissor Switch
剪刀式键盘结构

剪刀腳开关是在拱形開關的基础上增加了剪刀形机械支撑的键盘。

屈蹲弹簧轴(英語:Buckling-spring Switch

由IBM公司所設計與生產機械鍵盤,共有兩代。初代為Model F,於1981年推出,使用屈蹲彈簧軸並電容偵測。第二代,亦是較為出名的一代,於1985年所推出之IBM Model M Enhanced Keyboard英语Model_M_Keyboard鍵盤,此鍵盤的配位型式奠定日後所有鍵盤的基礎。據說,Model F的設計初衷就是為克服橫樑彈簧軸(英語:Beam Spring)的兩大問題:其一是軸體繁複、造價過高,其二是橫樑彈簧軸(英語:Beam Spring)軸的高度過高,不符合當時逐漸抬頭的人體工學原則。

静电容键盘

Topre軸(英語:Topre Switch

電容變化偵測按鍵是否按下。

机械开关键盘

机械键盘(英語:Mechanical Keyboard按键都由独立微动开关(Switch,通称「轴」)组成,部分設計焊在電路板,部分為熱插拔(hotswap、hot swap),方便無需焊接換軸;而軸(按鍵)依觸感可大致分為分段軸(或稱段落軸;tactile;按到某個位會突然感到阻力增大,之後才回復之前的小阻力直到按盡)和線性軸(linear;直上直下、無分段),取決於軸體設計。

历史沿革

鍵盤略分為三種型式:機械鍵盤、薄膜鍵盤、電容鍵盤;机械键盘在薄膜键盘之前发明,是世界上最早使用的鍵盤型式,隨著PC的發明,機械鍵盤也隨之引進做為PC的標準輸入裝置,其盛行期約在1980至1995年,隨著橡膠帽薄膜键盘低製造成本與盛行,造价相对高昂的机械键盘逐渐由薄膜键盘取代。

種類

在機械鍵盤盛行期,依軸心可略分:IBM、ALPS、Cherry MX、MLK、Mitsumi或其他軸等。

橫樑彈簧軸(英語:Beam-spring Switch
由IBM公司設計及生產之鍵盤採用,專利於1971年申請,並於同年開始生產,至1981年左右停產。因造價高昂,採用此科技的鍵盤多應用於大型電腦之終端機或其他高階電腦,軸體下方使用電容偵測。
ALPS軸
日本ALPS公司所推出的機械鍵盤軸心,在機械鍵盤盛行期市占率最高,其中以BIG FOOT系列(又稱ALPS原生軸)最為廣泛使用,其外觀特色在與鍵帽接口為口字型,1985年台灣福華電子公司與ALPS ELECTRIC公司技術合作生產鍵盤及鍵盤用開關,後推出ALPS衍生軸,如ALPS簡易軸。由於當時機械鍵盤市場已大多由廉價的薄膜鍵盤取代,後期ALPS ELECTRIC公司退出鍵盤市場並結束與台灣福華電子公司[1],最終Alps SKBL/SKBM系列簡易軸由台灣福華電子公司生產至2012年停產。
Cherry(MX系列)軸[2][3]
創立於1953年美國伊利諾州Cherry公司,在1984年取得專利所推出Cherry MX系列軸,其外觀特色在與鍵帽接口為十字型,雖有不錯的製造品質,但因成本較高,在機械鍵盤盛行期(1980-1995)Cherry銷售量遠低於ALPS,市場僅見應用於高階伺服器或PC。由於未曾退出鍵盤市場,同時自電競文化興起帶動玩家對機械鍵盤的需求,許多廠商推出新機械鍵盤並採用Cherry MX系列軸作按鍵。
類Cherry MX系列軸(非Cherry公司生產)
另一方面,Cherry MX系列軸專利是在1980年代註冊,2003年過期,其他公司可合法使用其設計以生產類似甚至相同設計的軸體,如中国东莞凯华电子公司[4]、中国惠州佳达隆电子公司[5]、中国东莞高特电子公司[6]等。
其他
台灣白軸於1988年推出並取得專利,結合Cherry外觀與ALPS按壓力值的機械軸心,與鍵帽接口為十字型[7]

机械键盘的軸體

目前市面上销售的机械键盘绝大多数使用Cherry公司的MX轴,專利保護結束後,開始有越來越多不同的軸體出現在市面上(如:凱華)。MX系列轴体常见的有茶轴、青轴、黑轴以及红轴四种,并有白轴、灰轴、绿轴等少見或停产轴体。

轴体类型鍵程觸發行程初始压力触发压力分段压力分段行程触底压力触发声音
青轴(MX Blue)4-0.5毫米2.2±0.6毫米最小25 cN50±15 cN60±15 cN1.75毫米最大60 cN
绿轴(MX Green)4-0.5毫米2.2±0.6毫米最小25 cN70±15 cN80±15 cN1.75毫米最大90 cN
奶轴(MX White)4-0.5毫米2.2±0.6毫米最小30 cN70±20 cN80±20 cN2毫米最大90 cN有,但甚小
茶轴(MX Brown)4-0.4毫米2±0.6毫米最小30 cN45±15 cN55±15 cN1.25毫米最大60 cN有,但甚小
白轴(MX Clear)4-0.5毫米2±0.6毫米40±15 cN55±20 cN65±20 cN1.25毫米最大100 cN
红轴(MX Red)4-0.4毫米2±0.6毫米最小30 cN45±15 cN最大60 cN
黑轴(MX Black)4-0.4毫米2±0.6毫米最小30 cN60±20 cN最大90 cN
灰轴(MX Linear Grey)4-0.4毫米2±0.6毫米最小30 cN80±25 cN最大120 cN
橘轴(MX Orange)4-0.05毫米1.9±0.4毫米最小20 cN45±cN最大55 cN
黃軸(MX Yellow)3.5毫米1.2±0.3毫米最小20 cN45±cN最大70 cN
銀軸(MX Silver)3.4毫米1.2±0.4毫米最小30 cN45±15 cN最大60 cN
紫軸(MX Purple)4-0.0[需要解释]1.5±?毫米最小20 cN45±cN最大60 cN

表格说明:

  • cN(centinewton):百分之一牛頓、厘牛顿,也叫厘牛;1N=100cN。克力(gramforce、gf)是相似單位,但其值稍微不同:1gf爲0.980665cN;1cN爲1.019716213gf。[8]
  • 触发:开关闭合,计算机接收到键盘电子信号。
  • 总行程:开关的轴芯(十字柱)完成整組运动过程的位移长度。
  • 触发行程:轴芯部分完成触发的位移长度。
  • 初始压力:外物下按开关在轴芯即将发生位移时受到的压力。
  • 触发压力:外物下按开关到触发时受到的压力。
  • 分段压力:外物下按开关到分段点时受到的压力。
  • 触底压力:外物下按开关到底部时受到的压力。
  • 触发声音:外物下按开关到触发时的声音。

註:白軸(MX Clear)和奶軸(MX White)的中英文名相當易混,MX Clear軸體白色,Clear亦有潔淨之意,且先進入華人市場,MX Clear就譯為白軸,後到的MX White則譯為奶軸。

霍尔效应键盘

霍尔效应键盘用霍尔元件来触发感应磁场,其轴体内部与传统机械轴体类似,但无金属拨片互相摩擦接触来触发,使用寿命较長,噪音较小,但因为没有金属拨片,所以也没有敲击时的段落感,其原理是用霍尔效应来检测轴体内部的磁场变化来触发,最大特点是搭配驱动软件后可编程的触发行程,但制造成本较高,较传统机械键盘贵。

光学键盘

傳統機械鍵盤以金屬接點觸發,而光軸則以光線觸發,藉此避免傳統機械軸在按壓彈簧時的反彈跳延遲。按鍵時,光束通過軸心,按鍵觸發時同步傳送訊號給電腦。

現況

近年來電玩競技盛行,機械鍵盤的獨特手感使機械鍵盤的關注度正慢慢回升,目前市面上常见的机械键盘,大部份使用Cherry公司的MX机械轴(十字口),但也有少见的ALPS轴(方口)机械键盘,主要集中在少部分台湾产机械键盘上,另也有自行設計之機械軸,如羅技推出了使用歐姆龍代工的Romer-G機械軸的鍵盤。

隨著Cherry MX軸專利過期[9],市場開始出現凱華軸、冠泰軸、高特軸、佳達隆軸等以Cherry MX機械軸作設計對象之類似產品[10],如中国的雷柏公司(RAPOO)推出过使用借鉴Cherry MX轴的TCC軸机械键盘产品。

由於原廠日本ALPS原生軸與簡易軸停產多年,iRocks為複刻ALPS手感,重新設計軸體(十字口)並取得消音專利,2016年Computex推出ALPS手感自有軸。

參考資料

外部链接

键盘制造公司